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1、专 题 七 整 体 感 知,挑战,世界近代科学是从中世纪的神学中解放出来从而得到发展的，并对人类生活各个方面产生深远的影响。17世纪牛顿力学体系的建立，是近代科学形成的标志；哈维的血液循环标志现代生物学的建立;19世纪初到20世纪初,科学技术长足发展，细胞学说、生物进化论、相对论是这一时期的突出成就；第一次工业革命的开展，蒸汽机的发明使人类进入到蒸汽时代。命法拉第发现电磁感应现象，以电的发明为明显特征的第二次工业革把人类推进到电气时代。到20世纪40、50年代，电子计算机的应用等使人类进入到第三次工业革命时期。,一 近代物理学的奠基人和革命者,温故而知新,通过物理课的学习，你所知 道的物理学家
2、及其成就有哪些？,地心说中世纪时，基督教会宣扬的宇宙观是宇宙是一个封闭的大盒子或大帐篷，天是盒（篷）盖，地是盒（篷）底，圣地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰悬挂在盖上，此即所谓的“宇宙帐篷说”。后来，亚里士多德和托勒密所提出的希腊宇宙体系逐渐深入人心，托马斯阿奎那将亚里士多德理论融入基督教神学之后，地心理论即获得了正统地位。地球居宇宙中心的思想被赋予了宗教意义，人类及其居住的地球被置于上帝的怀抱之中，沐浴着上帝的光辉，并被圣恩所笼罩。上帝位处宇宙的最外层，推动着宇宙的运行，注视着人类的一举一动。,哥白尼提出“太阳中心说”从根本上动摇了宗教神学的理论基础。,伽利略（15641642），伟大的
3、意大利物理学家和天文学家，他开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系和数学表述形式的近代科学，被誉为“近代科学之父”。他第一个把望远镜对准天空进行观测，出版了星空使者一书。1632年，他出版了关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话，把哥白尼的学说推到了最终胜利的阶段。,牛顿,自由落体定律,（一）经典力学体系的创立和发展,一：牛顿力学体系,1.牛顿力学产生前的学说,（1）亚里士多德的学说,（2）伽利略的贡献,创立了自由落体定律,牛顿出生于英国的林肯郡，1665年毕业于著名的剑桥大学三一学院，获得学士学位。三年后又获得文学硕士学位。牛顿曾经长期担任英国皇家学会会长，他还担任过英国议会议员，授予爵士称
4、号。1727年，他病逝，被安葬于威斯敏斯特教堂，这是一种极高的荣誉。,牛顿（ 16421727）,著作： 自然哲学的数学原理1687年，他提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律，创建牛顿力学体系。,1、在光学方面，牛顿发现了日光是由不同的颜色即不同波长的光构成的，奠定了光谱分析的基础，制作了牛顿色盘。他在1704年出版了光学一书，创立了光的“微粒说”。 2、在热学方面也有研究成果，确定了冷却定律。 3、在数学方面，他与莱布尼兹几乎同时创立了微积分学，同时，他还在前人研究基础上，建立了二项式定理。 4、在天文学领域，他1671年创制了反射望远镜，初步考察了行星的运动规律；他还解释了潮汐现象，
5、并预言地球不是正球体，并由此说明了岁差现象。,（1）牛顿捡到了哪些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”？（2）他是怎么捡到这些“光滑的石子”和“美丽的贝壳”的？（3）他捡拾这些“石子”和“贝壳”的过程给我们哪些启示？,2.牛顿力学体系,（1）产生过程,牛顿运动三定律,惯性定律,加速度定律,作用和反作用力定律,万有引力定律,（2）理论的科学性和预见性,准确算出了地球的平均密度和扁平率,正确地解释了潮汐的成因,发现了海王星,英国著名的哲学家休谟曾说：“我们被放在这有如戏院的世界上，每个事件的起源和缘由却完全隐瞒不让我们知道，我们既没有足够的智慧预见未来，也没有能力防止那些使我们不断受伤害的不幸事件发生。
6、我们被悬挂在永恒的疑惧之中” 大国崛起解说词,三百年前，人类的思想还充斥着迷信和恐惧，水为什么往低处流？太阳为什么升起落下？这些今天看来简单之极的问题，在当时却是根本无法认识和把握的。直到牛顿出现，人类才终于结束了这种状态。 大国崛起解说词,经典力学体系的历史地位,思考：牛顿力学体系建立的意义是什么？,牛顿的运动三定律构成了近代力学体系的基础，成为整个近代物理学的重要支柱。,牛顿力学体系对自然界的力学现象做了系统合理的说明，从而完成了人类对自然界认识史上的第一次理论大综合。,成为近代科学形成的标志。,对地球认识的变化,海王星和冥王星的发现,哈雷慧星轨道的推算,长期以来，人们一直认为彗星是神秘的
7、，不吉利的灾星，根本不能用科学来说明。牛顿的好友哈雷用牛顿力学算出了1682年出现的彗星的轨道，指出它的回归周期是7576年，由此预言它将在1758年再次出现。53年以后的1758年（当时哈雷已去世），这颗彗星果然如期出现。哈雷慧星的发现验证了万有引力定律的科学性。,质疑与思考：经典力学体系真的是最完美的物理学理论吗？,爱因斯坦（1879-1955）1905-1915年，提出了相对论，发展了牛顿力学。,艾伯特爱因斯坦（18791955），1879年3月14日诞生在德国乌尔姆的一个犹太人家中。1894年举家迁居意大利米兰。1900年毕业于瑞士苏黎世工业大学。爱因斯坦被认为是最富于创造力的科学家，
8、他不但创立了相对论，还提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。为此荣获1921年度的诺贝尔物理学奖。同时，他还证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。,（二）量子理论的诞生,1、普朗克提出量子假说。,2、爱因斯坦提出光的量子理论。,3、量子论的意义,量子力学标志着人类对客观规律的认识，开始从宏观世界深入到微观世界。,今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。,（三）相对论的建立,1、狭义相对论。1905年，爱因斯坦发表了论动体的电动力学，创立了狭义相对论。,狭义相对论认
9、为：时间和空间都与物质的运动有关，随着物质运动速度的变化而变化。,狭义相对论的基础：相对性原理 光速不变原理,红色代表过去 蓝色代表未来 黄绿表连结过 去到未来,2005世界物理年,对物理学家而言，这个标识象征的是光锥；对一般大众而言常被看成是沙漏，象征着爱因斯坦在时间相对性上渊博的见解及洞察力。,狭义相对论发表100周年，也许全世界只有几十个人能完全理解他的真谛，但这并不能掩盖相对论对人类生活的巨大改变。,例1：爱因斯坦关于相对论的比喻。为了对这一深奥的理论做通俗的说明，爱因斯坦曾经风趣地对一名男青年说：“我打个比方，比如你屁股坐在火炉上烤和坐在公园柳荫下与女士谈情说爱，那么，同样的时间你觉
10、得哪一个更长？”男青年说：“当然坐在火炉上烤的时间觉得长久。”爱因斯坦说：“这就是我的相对论内容。”,这个故事形象地说明了时间和空间的相对性。,“天上方一日，人间已一年”,例2：“情景假设”的方式：乘坐“光子火箭”的星际旅行,乘坐“光子火箭”以光速作星际旅行，回到地球时，我们会发现什么变化？,2、广义相对论1916年，爱因斯坦又建立了广义相对论。,广义相对论认为，物质存在的现实空间不是平坦的，而是弯曲的，空间的结构取决于物质的质量及其分布情况，空间弯曲的程度体现为引力场强度。空间、时间不是独立的实在，而是物质存在的形式。广义相对论第一次阐述了四维时空和物质的分布相联系的重要思想。,爱因斯坦的“
11、时空弯曲”,相对论打破了牛顿以来传统的绝对时空观，但并非全盘否定牛顿力学。 牛顿力学反映的是宏观物体低速运动的客观规律，而狭义相对论反映的是物体高速运动的客观规律，是对牛顿力学的继承和发展。牛顿力学是相对论的一种特例（物体低速运动状态），包括在相对论体系中。,3、相对论与牛顿力学的关系：,4、相对论建立的意义,爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间、时间的可变性，时空的变化和时空结构同物质的运动和状态密不可分。这种全新的时空观、运动观和物质观的形成，是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。同量子理论一起，构成了现代物理学
12、的基本理论框架。,经典力学体系的创立和发展,量子理论的诞生(从普朗克到爱因斯坦),相对论的建立（爱因斯坦）,现代物理学理论的发展,本课知识结构,近代物理学的奠基人和革命者,伽利略对亚里士多德力学观的否定,牛顿对前人科学理论的发展,1、爱因斯坦相对论的提出是物理学领域的一场重大革命，主要是因为否定了经典力学的绝对时空观 揭示了时间、空间并非绝对不变的本质属性 打破了经典力学体系的局限性 使人类对客观世界的认识开始从宏观世界深入到微观世界 A. B. C. D.2、 现代自然科学和现代技术革命的基础是 A.牛顿力学 B.相对论 C.量子假说 D.量子理论、相对论,A,D,3、下列表述不正确的是 A.牛顿创立的经典力学是经典物理学的基础 B.经典物理学所适用的主要是日常生活中的物理现象 C.相对论的提出证明经典的物理学是完全错误的 D.量子理论使人类对微观世界的基本认识有了革命性的进步4、海王星的发现是根据 A.哥白尼日心说的推算 B.牛顿理论的推测 C.法拉第演说计算 D.爱因斯坦对时间、空间属性的揭示,C,B,
